DS07 - Société de l'information et de la communication

Positionnement à l’échelle atomique et contrôle cohérent mécanique du spin d’un atome magnétique – MechaSpin

Résumé de soumission

Grâce à leurs long temps de cohérence, les spins individuels dans les semi-conducteurs sont des qubits prometteurs pour l’implémentation dans les systèmes solides des technologies quantiques émergentes comme le calcul quantique ou la détection quantique. Cependant, le couplage cohérent à longue distance entre spins localisés et le positionnement d’atomes ou de défauts portants ces spins, deux éléments essentiels pour la réalisation pratique de composants, restent toujours mal contrôlés. L’interaction spin-spin induite par des phonons dans un oscillateur mécanique a récemment été proposée comme un médiateur efficace pour le couplage cohérent à longue distance entre spin localisés. Les ondes acoustiques de surface, des excitations mécaniques similaires à des phonons se propageant à la surface d’un solide, sont aussi proposées comme des bus quantiques permettant le couplage d’une grande variété de qubits. Le développement de tels systèmes hybrides spin-mécanique nécessite de disposer de réseaux de qubits de spins identiques qui sont fortement couplés aux contraintes.

Certains atomes magnétiques comme le Chrome (Cr), incorporés dans des semi-conducteurs présentent une très forte sensibilité aux déformations du réseau cristallin. Le spin d’un tel atome magnétique individuel peut être sondé optiquement lorsqu’il est insérer dans une boîte quantique. Des atomes magnétiques individuels peuvent aussi être manipulés et implantés par une pointe STM pour créer des structures de quelques atomes sur une surface.

Dans le projet MechaSpin, nous allons démontrer le potentiel du spin d’un atome de Cr individuel comme qubit adressable optiquement dans des systèmes hybrides spin-mécanique. Le fort couplage spin-contrainte du Cr permettra d’exploiter son interaction avec le champ de déformation d’une onde acoustique de surface pour le contrôle cohérent mécanique du spin de l’atome. Nous déterminerons ainsi le couplage spin-contrainte dynamique pour un atome isolé et réaliserons des mesures mécaniques de son temps de cohérence. Cet ensemble d’expériences sera la première démonstration d’un contrôle cohérent mécanique complet à l’échelle d’un spin unique. La manipulation par pointe STM d’atomes individuels ainsi que la substitution d’atomes assisté par pointe STM seront développées pour créer des réseaux de Cr insérés à la surface de semi-conducteurs. Les conditions de substitution obtenues pour un atome de Cr dans des semi-conducteurs II-VI et III-V, matériaux ou des Cr en substitution ont des propriétés électrostatiques différentes, seront comparer à des modélisations ab initio. Cela permettra une compréhension approfondie de cette technique prometteuse mais encore peu explorée. La spectroscopie STM combinée avec de la modélisation ab initio permettra d’analyser l’influence de l’environnement local sur les propriétés électroniques et magnétiques d’un atome de Cr.

Coordination du projet

Lucien Besombes (Institut Néel - CNRS Rhône-Auv.)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INAC - CEA Saclay Institut Nanosciences et Cryogénie
UPR2940 Institut Néel - CNRS Rhône-Auv.
C2N - CNRS DR4 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies

Aide de l'ANR 598 515 euros
Début et durée du projet scientifique : - 42 Mois

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